БИОХИМИЯ, 2021, том 86, вып. 8, с. 1217–1230
УДК 577.113
Аптамерные РНК для тераностики глиобластомы мозга человека
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет, 119991 Москва, Россия
2 Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, 117485 Москва, Россия
3 ФГАУ НМИЦ нейрохирургии им. ак. Н.Н. Бурденко Минздрава России, 125047 Москва, Россия
4 Первый МГМУ имени И.М. Сеченова Минздрава России, 119991 Москва, Россия
Поступила в редакцию 26.05.2021
После доработки 15.06.2021
Принята к публикации 15.06.2021
DOI: 10.31857/S0320972521080121
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: 2′-фтор-пиримидил-РНК-аптамер, EGFR, глиобластома человека, клеточные культуры, опухолевая ткань, проточная цитометрия, флуоресцентная микроскопия.
Аннотация
Стандартные подходы к исследованию и молекулярному типированию опухолей включают ПЦР, блоттинг, омиксы, иммуноцитохимию и иммуногистохимию; последние два метода самые востребованные, поскольку не только определяют наличие белка-маркера, но и могут его локализовать в клетке. В работе продемонстрированы возможности аптамерных РНК как альтернативы моноклональным антителам для аптацитохимии и аптагистохимии глиобластомы человека (ГБМ). В работе использовали 2′-F-пиримидил-РНК-аптамер МЕ07 длиной 48 нуклеотидов, специфичный к рецептору эпидермального фактора роста (РЭФР, EGFR, ErbB1, Her1). Проточной цитометрией с флуоресцеиновым производным FАМ-МЕ07 доказана специфичность аптамера к рецептору EGFR на поверхности опухолевых клеток, полуколичественно определена кажущаяся константа диссоциации с рецептором на клетках, а также проведена оценка копийности EFGR на поверхности клетки. Использованы клеточные линии с разной степенью экспрессии EGFR: A431 (106 копий на клетку), U87 (2 × 104 копий на клетку), MCF7 (103 копий на клетку), клетки перевиваемой первичной клеточной культуры глиобластомы пациента ROZH (104 копий на клетку). Методом флуоресцентной микроскопии прямо показано взаимодействие FАМ-МЕ07 с рецептором на клетках А431 с последующей интернализацией в цитоплазму и далее – в ядрышко, что открывает возможности использования МЕ07 как эскорт-аптамера для доставки терапевтических реагентов в клетки опухоли. FАМ-МЕ07 эффективно окрашивает срезы клинических образцов ГБМ человека и чётко локализует EGFR-положительные клоны в гетерогенной опухоли, что позволяет перейти к опытам на моделях ГБМ у животных.
Текст статьи
Сноски
* Адресат для корреспонденции.
Финансирование
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (грант № 075-15-2020-809 (13.1902.21.0030)) и Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 18-29-01047 мк).
Благодарности
Авторы благодарят А.А. Бизяеву, С.Ф. Дрозда и М.В. Рыжову за постоянную помощь.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Соблюдение этических норм
Все процедуры, выполненные в исследованиях с участием людей, соответствуют этическим стандартам национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 года и её последующим изменениям или сопоставимым нормам этики. От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.
Список литературы
1. Копылов А. М., Завьялова Е. Г., Павлова Г. В. и Пронин И. Н. (2020) Перспективы тераностики глиобластомы с помощью моноклональных антител к рецептору эпидермального фактора роста EGFR, Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко, 84, 113-118, doi: 10.17116/neiro202084031113.
2. Спирин, А. С. (2019) Молекулярная биология. Рибосомы и биосинтез белка, Лаборатория знаний, Москва.
3. Ellington, A. D., and Szostak, J. W. (1990) In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands, Nature, 346, 818-822, doi: 10.1038/346818a0.
4. Tuerk, C., and Gold, L. (1990) Systematic evolution of ligands by exponential enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase, Science, 249, 505-510, doi: 10.1126/science.2200121.
5. Robertson, D. L., and Joyce, G. F. (1990) Selection in vitro of an RNA enzyme that specifically cleaves single-stranded DNA, Nature, 344, 467-468, doi: 10.1038/344467a0.
6. Антипова О. М., Завьялова Е. Г., Головин А. В., Павлова Г. В., Копылов А. М., Решетников Р. В. (2018) Успехи применения модифицированных нуклеотидов в технологии SELEX, Биохимия, 10, 1161-1172, doi: 10.1134/S0320972518100020.
7. Метелев В. Г., Орецкая Т. С. (2021) Модифицированные олигонуклеотиды: новые структуры, новые свойства, новые области применения, Биоорганическая химия, 47, 179-183, doi: 10.31857/S0132342321020172.
8. Mendelsohn, J. (2004) EGF receptors as a target for cancer therapy, Trans. Am. Clin. Climatol. Assoc., 115, 249-253.
9. Carpenter, G. (1983) The biochemistry and physiology of the receptor-kinase for epidermal growth factor, Mol. Cell. Endocrinol., 31, 1-19, doi: 10.1016/0303-7207(83)90027-8.
10. Carpenter, G. (1984) Properties of the receptor for epidermal growth factor, Cell, 37, 357-358, doi: 10.1016/0092-8674(84)90365-9.
11. Carpenter, G., and Cohen, S. (1979) Epidermal growth factor, Annu. Rev. Biochem., 48, 193-216, doi: 10.1146/annurev.bi.48.070179.001205.
12. Wikstrand, C. J., McLendon, R. E., Friedman, A. H., and Bigner, D. D. (1997) Cell surface localization and density of the tumor-associated variant of the epidermal growth factor receptor, EGFRvIII, Cancer Res., 57, 4130-4140.
13. Wan, Y., Kim, Y. T., Li, N., Cho, S. K., Bachoo, R., et al. (2010) Surface-immobilized aptamers for cancer cell isolation and microscopic cytology, Cancer Res., 70, 9371-9380, doi: 10.1158/0008-5472.CAN-10-0568.
14. Li, N., Larson, T., Nguyen, H. H., Sokolov, K. V., and Ellington, A. D. (2010) Directed evolution of gold nanoparticle delivery to cells, Chem. Commun. (Camb)., 46, 392-394, doi: 10.1039/b920865h.
15. Goldstein, N. I., Prewett, M., Zuklys, K., Rockwell, P., and Mendelsohn, J. (1995) Biological efficacy of a chimeric antibody to the epidermal growth factor receptor in a human tumor xenograft model, Clin. Cancer Res., 1, 1311-1318.
16. Groner, B., Hartmann, C., and Wels, W. (2004) Therapeutic antibodies, Curr. Mol. Med., 4, 539-547, doi: 10.2174/1566524043360483.
17. Li, N., Nguyen, H. H., Byrom, M., and Ellington, A. D. (2011) Inhibition of cell proliferation by an anti-EGFR aptamer, PLoS One, 6, e20299, doi: 10.1371/journal.pone.0020299.
18. Li, N., Wang, Y., Pothukuchy, A., Syrett, A., Husain, N., et al. (2008) Aptamers that recognize drug-resistant HIV-1 reverse transcriptase, Nucleic Acids Res., 36, 6739-6751, doi: 10.1093/nar/gkn775.
19. Wan, Y., Tamuly, D., Allen, P. B., Kim, Y. T., Bachoo, R., et al. (2013) Proliferation and migration of tumor cells in tapered channels, Biomed. Microdevices, 15, 635-643, doi: 10.1007/s10544-012-9721-0.
20. Ilyas, A., Asghar, W., Allen, P. B., Duhon, H., Ellington, A. D., and Iqbal, S. M. (2012) Electrical detection of cancer biomarker using aptamers with nanogap break-junctions, Nanotechnology, 23, 275502, doi: 10.1088/0957-4484/23/27/275502.
21. Wan, Y., Liu, Y., Allen, P. B., Asghar, W., Mahmood, M. A., et al. (2012) Capture, isolation and release of cancer cells with aptamer-functionalized glass bead array, Lab. Chip., 12, 4693-4701, doi: 10.1039/c2lc21251j.
22. Wan, Y., Mahmood, M. A., Li, N., Allen, P. B., Kim, Y. T., et al. (2012) Nanotextured substrates with immobilized aptamers for cancer cell isolation and cytology, Cancer, 118, 1145-1154, doi: 10.1002/cncr.26349.
23. Avutu, V. (2010) Avidity Effects of MinE07, an Anti-EGFR Aptamer, on Binding to A431 Cells, Texas Scholar Works University of Texas at Austin.
24. Kim, H. J., Park, J. Y., Lee, T. S., Song, I. H., Cho, Y. L., et al. (2019) PET imaging of HER2 expression with an 18F-fluoride labeled aptamer, PLoS One, 14, e0211047, doi: 10.1371/journal.pone.0211047.
25. Cheng, S., Jacobson, O., Zhu, G., Chen, Z., Liang, S. H., et al. (2019) PET imaging of EGFR expression using an 18F-labeled RNA aptamer, Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging, 46, 948-956, doi: 10.1007/s00259-018-4105-1. Erratum in: Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging, (2018) 45, 2245.
26. Melancon, M. P., Zhou, M., Zhang, R., Xiong, C., Allen, P., et al. (2014) Selective uptake and imaging of aptamer- and antibody-conjugated hollow nanospheres targeted to epidermal growth factor receptors overexpressed in head and neck cancer, ACS Nano, 8, 4530-4538, doi: 10.1021/nn406632u.
27. Ray, P., Cheek, M. A., Sharaf, M. L., Li, N., Ellington, A. D., et al. (2012) Aptamer-mediated delivery of chemotherapy to pancreatic cancer cells, Nucleic Acid Ther., 22, 295-305, doi: 10.1089/nat.2012.0353.
28. Wang, Y. L., Chang, L. C., Chen, K. B., and Wang, S. C. (2021) Aptamer-guided targeting of the intracellular long-noncoding RNA HOTAIR, Am. J. Cancer Res., 11, 945-954.
29. Opazo, F., Levy, M., Byrom, M., Schäfer, C., Geisler, C., et al. (2012) Aptamers as potential tools for super-resolution microscopy, Nat. Methods, 9, 938 – 939, doi: 10.1038/nmeth.2179.
30. Strauss, S., Nickels, P. C., Strauss, M. T., Jimenez Sabinina, V., Ellenberg, J., et al. (2018) Modified aptamers enable quantitative sub-10-nm cellular DNA-PAINT imaging, Nat. Methods, 15, 685 – 688, doi: 10.1038/s41592-018-0105-0.
31. Delcanale, P., Porciani, D., Pujals, S., Jurkevich, A., Chetrusca, A., et al. (2020) Aptamers with tunable affi-nity enable single-molecule tracking and localization of membrane receptors on living cancer cells, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 59, 18546-18555, doi: 10.1002/anie.202004764.
32. Esposito, C. L., Passaro, D., Longobardo, I., Condorelli, G., Marotta, P., et al. (2011) A neutralizing RNA aptamer against EGFR causes selective apoptotic cell death, PLoS One, 6, e24071, doi: 10.1371/journal.pone.0024071.
33. Passariello, M., Camorani, S., Vetrei, C., Ricci, S., Cerchia, L., and De Lorenzo, C. (2020) Ipilimumab and its derived EGFR aptamer-based conjugate induce efficient NK cell activation against cancer cells, Cancers (Basel), 12, 331, doi: 10.3390/cancers12020331.
34. Peng, L., Liang, Y., Zhong, X., Liang, Z., Tian, Y., et al. (2020) Aptamer-conjugated gold nanoparticles targeting epidermal growth factor receptor variant III for the Treatment of glioblastoma, Int. J. Nanomedicine, 15, 1363-1372, doi: 10.2147/IJN.S238206.
35. Zavyalova, E., Turashev, A., Novoseltseva, A., Legatova, V., Antipova, O., et al. (2020) Pyrene-modified DNA aptamers with high affinity to wild-type EGFR and EGFRvIII, Nucleic Acid Ther., 30, 175-187, doi: 10.1089/nat.2019.0830.
36. Wang, T., Philippovich, S., Mao, J., and Veedu, R. N. (2019) Efficient epidermal growth factor receptor targeting oligonucleotide as a potential molecule for targeted cancer therapy, Int. J. Mol. Sci., 20, 4700, doi: 10.3390/ijms20194700.
37. Reuter, J. S., and Mathews, D. H. (2010) RNA structure: software for RNA secondary structure prediction and analysis, BMC Bioinformatics, 11, 129, doi: 10.1186/1471-2105-11-129.
38. Zok, T., Antczak, M., Zurkowski, M., Popenda, M., Blazewicz, J., et al. (2018) RNApdbee 2.0: multifunctional tool for RNA structure annotation, Nucleic Acids Res., 46, W30-W35, doi: 10.1093/nar/gky314.
39. Haigler, H., Ash, J. F., Singer, S. J., and Cohen, S. (1978) Visualization by fluorescence of the binding and internalization of epidermal growth factor in human carcinoma cells A-431, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75, 3317-3321, doi: 10.1073/pnas.75.7.3317.
40. Obaid, G., Samkoe, K., Tichauer, K., Bano, S., Park, Y., et al. (2021) Is tumor cell specificity distinct from tumor selectivity in vivo? A quantitative NIR molecular imaging analysis of nanoliposome targeting, Nano. Res., 14, 1344-1354, doi: 10.1007/s12274-020-3178-x.
41. Davidson, N. E., Gelmann, E. P., Lippman, M. E., and Dickson, R. B. (1987) Epidermal growth factor receptor gene expression in estrogen receptor-positive and negative human breast cancer cell lines, Mol. Endocrinol., 1, 216-223, doi: 10.1210/mend-1-3-216.
42. Pallan, P. S., Greene, E. M., Jicman, P. A., Pandey, R. K., Manoharan, M., et al. (2011) Unexpected origins of the enhanced pairing affinity of 2′-fluoro-modified RNA, Nucleic Acids Res., 39, 3482-3495, doi: 10.1093/nar/gkq1270.
43. Murray, J. B., Dunham, C. M., and Scott, W. G. (2002) A pH-dependent conformational change, rather than the chemical step, appears to be rate-limiting in the hammerhead ribozyme cleavage reaction, J. Mol. Biol., 315, 121-130, doi: 10.1006/jmbi.2001.5145.
44. Piao, X., Wang, H., Binzel, D. W., and Guo, P. (2018) Assessment and comparison of thermal stability of phosphorothioate-DNA, DNA, RNA, 2′-F RNA, and LNA in the context of Phi29 pRNA 3WJ, RNA, 24, 67-76, doi: 10.1261/rna.063057.117.
45. Li, N., Ebright, J. N., Stovall, G. M., Chen, X., Nguyen, H. H., et al. (2009) Technical and biological issues relevant to cell typing with aptamers, J. Proteome Res., 8, 2438-2448, doi: 10.1021/pr801048z.
46. Cochran, J. R., Kim, Y. S., Olsen, M. J., Bhandari, R., and Wittrup, K. D. (2004) Domain-level antibody epitope mapping through yeast surface display of epidermal growth factor receptor fragments, J. Immunol. Methods, 287, 147-158, doi: 10.1016/j.jim.2004.01.024.